En fritt upplagd balk som belastas av laster förorsakade av tyngdkraften får dragspänningar i underkanten och tryckspänningar i överkanten. Vanligtvis förses balken med sidostagning utmed hela längden, till exempel med takåsar som stöder taktäckningen. Om balken är kontinuerlig får däremot balkens underkant tryckspänningar vid områden med negativt moment. I sådana förhållanden är de kritiska komponenterna, se figur 13.44:
- Den tryckta pelaren.
- Balkens ostagade underkant vid mellanstöden.
Om pelartoppen är ostagad ökar dess knäcklängd dramatiskt. Om pelarfoten till exempel är ledad och dess topp fritt kan ändra läge (den är ostagad), närmar sig pelarens knäcklängd det oändliga och systemet blir instabilt.
Den andra kritiska komponenten är balken, som är ostagad i underkanten och sålunda kan ha en tendens till vippning i området med negativt böjmoment.
Pelar-balkkonstruktioner har kollapsat på grund av felaktig eller otillräcklig stagning där balken har negativt böjmoment.
En annan liknande situation med tryckspänningar vid balkens underkant (eller fackverkets underram) uppstår om lasten byter riktning, till exempel vindlyft av en lätt takkonstruktion. Figur 13.45 b) visar ett fritt upplagt fackverk som belastas av vindlyft; underramen utsätts för tryckspänningar och kan därför knäckas i sidled.
En balks eller ett fackverks underkant kan stagas med stag som installeras i byggnadens längdriktning med ett sådant inbördes avstånd att slankhetsgränsen för den tryckta konstruktionsdelen (fackverkets underram eller balkens underkant) inte överskrids. Sådana stag behöver uppenbarligen fixeras i båda ändar med något lämpligt stagningssystem. Stagningen av balkens undersida kan till exempel utföras som i figur 13.46, där stålstänger binder samman balkens underkant med takåsen.
Stagningen ska företrädesvis utföras så att den endast kan bära dragkrafter. Detta för att undvika att balken eventuellt vrids om den utsätts för ojämn belastning. Om det till exempel blåser kraftigt efter att det har snöat kan stora mängder av snö samlas på den ena delen av taket, antingen till vänster eller till höger om primärbalken, medan den andra delen blir mer eller mindre obelastad. Om de stagande diagonalerna i figur 13.46 kunde bära både tryckkrafter och dragkrafter, skulle primärbalken utsättas för vridmoment med påföljden att taket eller en del av det rentav skulle kunna kollapsa.
Om en fritt upplagd balk med spännvidden L utsätts för det maximala negativa böjmomentet Mup förorsakat av en lyftande last som till exempel vindlyft, kan den horisontella kraften som verkar i stagningen beräknas med hjälp av följande ekvation, när man beaktar modellen i figur 13.47:
13.10 \({F_{\rm br}} = \frac{{{M_{\rm up}}}}{{20 \cdot H \cdot L}} \cdot \frac{a}{{\sin \alpha }}\)
Motsvarande stagningssystem som visats i figur 13.47 kan också behövas för ramar och bågar där negativa böjmoment kan uppstå, se figur 13.48.
Villa Moelven, Nacka.
Figur 13.44
a) Kontinuerlig balk som stöds av en pelare vid ett mellanstöd.
b) Möjligt instabilitetsbrott.
Figur 13.45 Knäckningsmoder för
a) nedåtriktade laster,
b) uppåtriktade laster.
Figur 13.46 Stagning av en balks undersida med hjälp av stålstänger från balkens underkant till takåsen.
Figur 13.47 Modell för uppskattning av kraften i stagningen med stålstänger.
